固体压强演示实验的改进文献综述

 2022-08-31 10:06:23

固体压强演示实验的改进

——固体压强影响因素的定量研究

摘要：压强的研究包括固体压强、液体压强以及气体压强，针对此次研究对象，主要将重心放在了固体压强上，所查文献多从理论角度提出固体压强实验的改进，针对不同学者的改进想法以及本人对此次实验的探究，对此次实验进行了一系列研究操作。除此之外，本次实验在改进的基础上，力求将演示实验应用在课堂中去，因此也查询了不同教材对于固体压强实验课程的设计，也作为本次实验的理论基础。

关键词：固体压强； 演示实验； 改进； 定量研究

一、文献综述

在进行研究之前，首先是对于此次实验的现状进行简单的分析，通过查阅我国各个版本的教材对固体压强这一堂课的实验呈现。大多可总在成以下这种套路，即小桌正放在海绵或沙坑上的效果，在此基础上增加砝码的效果以及小桌倒放在海绵或沙坑上的效果，将这几种效果进行对比，通过观察海绵或是沙坑凹陷情况对压强概念做出总结，得出结论。而在实验过程中，学生所能观察到的仅局限于海绵陷的相对的深或是浅，总结得出P=F/S。也有简单通过两只手指按压笔尖和笔尾，手指受到不同的痛感，以及手掌和手指同时压在气球两端，观察气球的变形程度来进行总结。在美国教材《科学探索者》[12]中，更是直接由人在积雪中深陷，麻雀在雪地上不留任何痕迹引出压强，以及滑雪板可以让人们轻松的站在雪地上等，利用理论事实说明压强与压力成正比，与受力面积成反比，也没有做出具体说明。从中可以得出，国内外的教材对于压强这一概念，没有进行系统的研究，止步于对固体压强定性的分析，因此引发本次实验的思考，是否能将固体压强实验定量化，做出具体的固体压强数据。

初中科学所涉及的表达式，大体可将它们分为定义式和决定式[2]，定义式是指利用某几个物理量对一个新的物理量进行定量描述，而决定式是利用等式的形式来反映一个新的物理量所受到的制约因素与影响，中学阶段的固体压强表达式P=F/S不算一个完整的式子，既有决定式的性质又有定义式的特点，在教学过程中要充分把握表达式的性质，研究影响固体压强大小的两个主要因素，也要抓住表达式的特点，固体压强是指单位面积上受到的压力，定量实验也是本次研究的一大难点。

根据经验以及学习所知，液体压强以及气体压强都已经有了可以进行准确测量的工具，并且有了一定的研究，而对于固体压强实验的研究，有关文献是相对较少的，为此查阅了与固体压强有关一系列文献。在文献查阅过程中，有学者对于压强这一课程进行设计，有文章指出用两种较大差异对比进行分析，例如男女生敲钉子，女生的钉子很尖，男生的钉子不尖，娇小的女生轻松将钉子敲入木头，而强壮的男生却比较困难；又比如拿两个大小不同的砝码放在海绵上，小的反而下陷的更深。此类对比指出实验过程需要进行控制变量，这是在初中教学过程中非常重要的一个点，也是在实验设计、讲解过程中需要注意的点。也有对于压强的教学方法进行研究，主要有比值定义法与比例系数法[2]，而初中的教学更加倾向于比例系数法即控制变量法，给定两个影响因素“物体压力”和“受力面积”，分别进行研究过后，得出当受力面积相同时，压力越大，压力作用效果越明显，即pprop;F；当压力相同时，受力面积越小，压力的作用效果越明显的结论，即。再将两个因素联系起来，“压力的作用效果与压力大小成正比，与接触面积成反比”，用式子表达即为pprop;。当然，课堂学习不应该归结为一个数学公式，这正需要有实验的加持，这也是本次实验的主要研究方法。

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